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离心载荷:叶片离心载荷由公式F=mrw计算,式中n,为叶片质量,R为叶片质心到旋转轴的径向距离为角速度。根据叶片参数,叶片与轮盘的连接属极树型桦头连接,共有3对齿接触,涡轮盘上每个齿的接触表面积分别为S1,S2,S3。根据设计转速计算出的作用于轮盘上的叶片离心力平均分配到桦齿棒槽的3对齿面上,且挤压面与水平方向的夹角为37.50,则各个齿面上的分布压力为174.2MPa142.5 Mpa
螺栓预紧力:I级、II级涡轮盘通过16M20mm螺栓连接,螺栓预紧力会影响盘的应力,本文在螺栓连接处施加40 kN预紧力。
边界条件:由于模型针对1/16的涡轮盘体进行计算,需要建立柱坐标,对模型侧端面施加循环对称约克回.保证计算樟型的整体性和周期性。
位移约束:由于施加预紧力后需保持结构不会产生刚体位移,在第II级轮盘端齿平面施加无摩擦约束。
应力计算结果
图为动力涡轮盘组件在最大工况下的等效应力云图,可见整个轮盘的最大应力分布在I级涡轮盘螺栓连接内孔处,最大值为680 Mpa
图示出了I级涡轮盘桦槽处的应力分布,可见I级涡轮盘桦槽处应力分布较为均匀,最大应力集中在第3个桦槽根部,为457 Mpa
表示出了根据上述计算结果,涡轮盘在最大转速状态下工作时,对I级、II级动力涡轮盘应力集中点数值所作的统计。
结论
(1)动力涡轮盘在最大工作状态下的最大等效应力值,没有超出材料屈服强度的应力值,都在线弹性范围内,静强度储备满足要求。
(2)动力涡轮盘应力最大位置及寿命考核点,位于I级动力涡轮盘螺栓内孔边缘。
(3)动力涡轮盘最大等效应力主要由机械载荷产生,温度场不均匀性引起的热载荷在桦槽位置所占比重较大,在其他位置比重较小。
(4)温度梯度较大的位置在涡轮盘桦槽处,该位置温度场对涡轮盘应力影响较大,在最大载荷条件下应力为457 MPa,机械载荷条件下应力为356MPa,单一热载荷条件下应力为191 Mpa
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